CN217044521U - 一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，该增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置包括：压室，压射冲头，压射活塞杆，分流锥和压射装置控制器；压室设置有与升液管连通浇注口和与抽真空装置连通的抽真空口；压射冲头设置在压室内部，与压室外部的压射活塞杆连接；压射冲头外表面与压室内壁缝隙设置有四级密封；冲头压射端面进行了预制处理；压射活塞杆和冲头内部设置油性惰性气体通道；分流锥设置在压射冲头的另一侧以开启关闭压室；压射装置控制器分别与压射活塞杆、分流锥电相联。本实用新型可以实现压射装置的良好的密封性，实现金属液增压凝固，生产出组织细密无缺陷的铸件。

Description

一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置

技术领域

本实用新型涉及高真空压力铸造技术领域，特别涉及一种便于密封、耐高压、通油性惰性气体的增压凝固的压射装置及压铸方法，适应于压铸和挤压。

背景技术

高真空压铸技术是通过在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺。作为一种先进的特种压铸工艺，可使金属液在真空状态下充填进入型腔并且模具型腔内的真空压力保持在5KPa以下。高真空压铸和具有和普通压铸方法一样的优点，但铸件内部质量和力学性能大为提高。高真空压铸的关键技术是冲头的密封性和冲头产生的高压效果，即如何保证压室和模具型腔的真空度和充型完成后冲头端部以超高的压力挤压铸件，从而降低凝固时缩松缩孔形成的概率，获得组织细密无缺陷的铸件。

高真空压铸设备压射装置的研发由来已久，如引用专利1至引用专利3所述。

引用专利1。中国专利：CN 103817308B，一种高真空压铸用冲头及用于该冲头的润滑装置，为延长冲头的使用寿命，保证冲头与压室有效的密封同时，对冲头进行必要的冷却和润滑，满足高真空压铸所要求的高密封性以及良好的润滑性能。这种方法因使用雾化的润滑剂，易导致压射机构中不需要润滑的地方也沾有润滑剂，从而使得压铸完成后难以清理。

引用专利2。日本专利：2007-268550A，实用新型的高真空压铸方法中的压射装置，采用了移动活塞式结构，利用金属液的压力来驱动压射冲头运动。这种方法存在金属液在高压作用下进入冲头与压室的配合间隙卡死冲头的缺点。

引用专利3。中国专利：CN106552917B，一种用于合金压铸成形的高真空压铸模具，公开了一种压射装置，通过橡胶圈实现压室与压射杆之间的密封。这种方法对橡胶圈没有保护，高温高压环境下极易出现损坏，使用寿命不高。

为提高真空压力铸造的品质、可靠性同时不失经济性和生产效率，本实用新型人曾分别开发过高真空压铸成套设备及铸造方法及高真空挤压成套设备及铸造方法。在上述两套设备中，都对压射冲头提出了诸如高密封性、耐高压的要求，为满足上述设备工艺要求，在增强密封效果的同时，不影响密封元件和压射冲头的使用寿命，开发了一种适用于高真空压力铸造的压射装置及增压凝固的铸造方法。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是，在满足压射冲头一般性诸如传递压力、输送金属液，耐磨等工艺要求的同时，针对高真空压力铸造特点，特别加强压射冲头密封的可靠性和增加压射的压力，需实用新型相应的压射装置和压铸方法以满足增强冲头的密封性和增加铸造压力的要求，同时增强密封元件和压射冲头的使用寿命。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置及压铸方法。

作为本实用新型的第一方面，提出了本实用新型的增压凝固的高真空压力铸造压射装置设计方案，根据本实用新型的实施例，所述压射装置包括：压室，所述压室水平布置，位置固定，用于存储高温液态金属；压室下方设置有浇注口，浇注口与升液管连通；压室上方设置有抽真空口，抽真空口与抽真空装置连通；压射冲头，所述压射冲头位于压室内部，压射冲头的一侧与延长至压室外部的压射活塞杆通过螺纹连接；压射冲头的另一侧设置分流锥；压射活塞杆的移动带动压射冲头在压室内部移动；分流锥，所述分流锥沿压室长度方向移动；当分流锥向压室方向移动至极限位置，分流锥将压室一侧封闭；当分流锥向压室反方向移动，压室逐渐开启；所述压射装置控制器分别与压射活塞杆、分流锥相联，同时控制压射活塞杆和分流锥的移动。

另外，根据本实用新型上述实施例的压射装置，还具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的实施例，所述压射装置中压射冲头进一步包括：所述压射冲头在压射活塞杆的推动下能产生0～200Mpa的工作压力，从而需更强的密封性能；所述压射冲头外表面与压室内壁缝隙设置有四级密封，从压射活塞杆一侧向分流锥一侧分别是组合胀环B6、耐热密封垫圈A7、耐热密封垫圈B8和组合胀环 A5；所述2个组合胀环由铍青铜胀环52和模具钢胀环51组成。四级密封的设置更好地增强了冲头密封的可靠性，仍能够满足压力增强后冲头的密封效果，防止外部气体进入压室内腔。同时，两端侧的组合胀环能够防止金属液渗入冲头与压室之间的缝隙。

根据本实用新型的实施例，所述压射装置中压射冲头进一步包括：为增加密封元件在高温高压下的使用寿命，所述压射冲头外圆柱面下侧和上侧对称设置有径向盲孔A210、径向盲孔B220和径向盲孔C230、径向盲孔D240；径向盲孔A210、径向盲孔B220均与压射冲头内部的轴向盲孔E260连通；径向盲孔C230、径向盲孔D240均与压射冲头内部的轴向盲孔F250连通；轴向盲孔E260又与压射活塞杆内部的轴向盲孔J310连接；轴向盲孔F250又与压射活塞杆内部的轴向盲孔H320 连接；轴向盲孔J310、轴向盲孔H320的末端连接油性惰性气体供给装置；所述径向盲孔A210、径向盲孔C230的开孔位置位于耐热垫圈密封A7的中部；所述径向盲孔B220、径向盲孔D240的开孔位置位于耐热垫圈密封B8的中部；充入到耐热垫圈密封A7和耐热垫圈密封B6中部的油气惰性气体，可以对其起到润滑减磨、辅助冷却降温和减震缓冲等作用。

根据本实用新型的实施例，所述压射装置中压射冲头进一步包括：增强压射冲头的使用寿命，所述压射冲头的压射端面表面并非平面，作为优选的方案，端面设置有井字型沟槽，所述井字型沟槽相邻中心距小于2-10毫米；所述螺旋槽宽度100-500微米，沟槽深度10-100微米。该方案适合压室内相对低压环境，即铸造压力小于100Mpa；作为优选的方案，端面设置有多个圆形同心沟槽；相邻两个圆形同心沟槽间的直径差2-10毫米；所述沟槽宽度50-500微米，沟槽深度10-100 微米。该方案适合压室内相对中压环境，即铸造压力在100-150Mpa；作为优选的方案，端面设置有螺旋沟槽；所述螺旋沟槽相邻两个圆弧的中心距小于5-10毫米；所述螺旋沟槽宽度100-500微米，沟槽深度10-100微米。该方案适合压室内高压环境，即铸造压力达到200Mpa及以上；其中，沟槽的加工均采用激光加工，以满足精度要求和加工性能要求。

根据本实用新型的实施例，所述压射装置中分流锥进一步包括：所述分流锥锥体设计为截面呈上窄下宽的梯形状，底角角度设置在45～60°之间。该分流锥形状的设计可保证分流锥不完全打开时使得压室中残留气体被型腔中的抽真空装置抽走。

根据本实用新型的实施例，所述压射装置中压射冲头的压射端面涂料进一步包括：作为优选的方案，压射端面涂料的厚度控制在0.1-0.2mm之间，增压后仍能保证冲头与铸件分离。

在本实用新型的第二方面，本实用新型提出了一种压铸方法。

根据本实用新型的实施例，所述方法采用上述的增压凝固的高真空压力铸造压射装置，且包括：(a)高真空压力铸造之前，在所述压射冲头的压射端面喷涂耐高温高压的原位涂料，喷涂的原位涂料层厚度控制在0.1～0.2mm之间，便于冲头与铸件分离且能够较好地保护冲头；将所述压室封闭(含分流锥关闭+压射冲头前进封闭压室浇注口)，开启油性惰性气体供给装置开始工作，油性惰性气体流经所述压射活塞杆和压射冲头的盲孔到达两密封垫圈的中部，对垫圈进行润滑、减震、冷却等作用，能够较好地保护密封元件，并且同时产生的压力可以防止压室中的金属液进入压室与冲头的配合间隙内而卡死冲头。(b)所述压室抽真空口打开，开始抽真空，抽真空装置将压室内真空度可达到5kpa以下；压室内抽真空完成后，压室抽真空口关闭，通过所述压射装置控制器控制压射活塞杆回推带动压射冲头回退，开启压室浇注口，压差作用下，金属液充入压室。(c)开启压室浇注口的同时，所述压射装置控制器控制分流锥后退动作移动10-20mm停止，控制所述压射活塞杆带动压射冲头慢速前进二次封闭压室浇注口，保证压室中残留气体完全跑掉，而金属液还未越过分流锥，然后分流锥完全打开，压射冲头快速前进至所述压室端面，预设压射冲头到达压室端面时，冲头瞬时压力达到 100～200Mpa之间，以完成压射。

根据本实用新型的实施例，所述方法中油性惰性气体更一步包括，所述油性惰性气体中油为10W-40SAE润滑油微滴，惰性气体为氩气。

(三)有益效果

本实用新型在满足压射冲头一般性诸如传递压力、输送金属液，耐磨等工艺要求的同时，针对高真空压力铸造特点，特别增强了压射冲头密封的可靠性和增加了压射工作压力，模具型腔的真空度能达到5kPa以下。通过压室相贯口顺畅便利性，通入油性惰性气体，可起到润滑减磨、辅助冷却降温和减震缓冲等作用，增强密封元件的使用寿命；通过对压射冲头端面设计，使得压射冲头易与铸件分离，同时使得高压高温环境下端面不易出现应力集中现象，增加冲头的使用寿命。完全符合工艺需求，同时能够实现压力增强金属液凝固，减少缺陷的效果。

附图说明

图1是本实用新型压射装置结构示意图；

图2是本实用新型组合胀环的结构示意图。

图3是本实用新型冲头压射端面沟槽结构示意图

图中：1，压室；2，压射冲头；3，压射活塞杆；4，分流锥；5，组合胀环 A；51，模具钢环；52，铍青铜胀环；6，组合胀环B；7，耐热密封垫圈A；8，耐热密封垫圈B；9，压射装置控制器；110，浇注口；120，抽真空口；210，径向盲孔A；220，径向盲孔B；230径向盲孔C；240，径向盲孔D；250，轴向盲孔 F；260，轴向盲孔E；310，轴向盲孔J；320，轴向盲孔H。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置。参考图1，对本实用新型的压射装置进行详细的描述。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，该压射装置包括：压室1，压射冲头 2，压射活塞杆3，分流锥4，组合胀环A5、组合胀环B6，密封垫圈A7、密封垫圈B8和压射装置控制器9。其中，压室1下方设置有浇注口110，所述浇注口与升液管连通；压室上方设置有抽真空口120，抽真空口120与抽真空装置连通；压射冲头2位于压室1内部，压射冲头2的一侧与延长至压室外部的所述压射活塞杆3 通过螺纹连接；压射冲头2的另一侧设置分流锥4；压射活塞杆3的移动带动压射冲头2在压室1内部移动；分流锥4沿压室1长度方向移动；当分流锥4向压室1方向移动至极限位置，分流锥4将压室1一侧完全封闭；当分流锥4向压室1反方向移动，压室1逐渐开启；压射装置控制器9分别与压射活塞杆3、分流锥4电相联，同时控制压射活塞杆3和分流锥4的移动；

根据本实用新型的实施例，如图1所示，压射冲头2外表面与压室1内壁缝隙设置有四级密封，从压射活塞杆3一侧向分流锥4一侧分别是组合胀环B6、耐热密封垫圈A7、耐热密封垫圈B8和组合胀环A5；如图2所示，组合胀环A5、组合胀环B6均由铍青铜胀环52和模具钢胀环51组成，2个胀环两端都有5×10度倾角，采用线切割“Z”缝隙不大于0.1mm。四级密封的设置，分担了各密封元件的密封压力，增加各密封元件的使用寿命，组合胀环密封还能起到加快冲头冷却的作用。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，在压射冲头2外圆柱面下侧和上侧对称设置有径向盲孔A210、径向盲孔B220、径向盲孔C230和径向盲孔D240；径向盲孔A210、径向盲孔B220均与压射冲头2内部的轴向盲孔E260连通，径向盲孔 C230、径向盲孔D240均与压射冲头2内部的轴向盲孔F250连通；轴向盲孔E260 又与压射活塞杆3内部的轴向盲孔J310连接，轴向盲孔F250又与压射活塞杆3内部的轴向盲孔H320连接；轴向盲孔J310、轴向盲孔H320的末端连接油性惰性气体供给装置；径向盲孔A210、径向盲孔D240的开孔位置位于耐热密封垫圈A7的中部；径向盲孔B220、径向盲孔C230的开孔位置位于耐热密封垫圈B8的中部；

根据实用新型人的研究发现，油性惰性气体供给装置输出的混合气体压力 0.1-10Mpa，采用10W-40SAE润滑油微滴与氩气的混合气体，润滑油微滴总体积占混合气体总体积不低于10％，润滑油微滴的直径5-50微米时，能够获得最佳的润滑减磨、辅助冷却降温和减震缓冲等功能，可以对耐热密封垫圈起到良好的保护作用。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，组合胀环A5、B6分别安装在压射冲头2两端，并且与压射冲头2端面齐平；耐热密封垫圈A7、B8安装在压射冲头2 外圆周面的两侧，距离压射冲头2端面的距离大于100mm；

根据本实用新型的实施例，如图3所示，压射冲头2的压射端面表面并非平面，设置有螺旋沟槽；所述螺旋沟槽相邻两个圆弧的中心距5-10毫米；所述螺旋沟槽宽度 100-500微米，沟槽深度10-100微米。此时，增压后的铸造压力达到200Mpa及以上。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，分流锥4锥体截面形状为斜梯状，底角角度设置为45°，能够保证分流锥不完全打开时使得压室中残留气体被型腔中的抽真空装置抽走。

综上所述，根据本实用新型的实施例，本实用新型提出了一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，在使用其进行真空压铸的过程中，通过四级密封的处理，可进一步保证对压室和型腔的抽真空效果，能使高真空浇注出的铸件的气孔含量有效地降低。为使四级密封中耐热垫圈密封更好的起作用，在压射活塞杆和冲头中设置沟槽，通过在垫圈中部输入油性惰性气体的处理，使得垫圈获得最佳的润滑减磨和减震缓冲的效果，同时对冲头有冷却降温的效果，可有效提高垫圈和冲头高压高温环境下的使用寿命。通过冲头端面的处理，可进一步保证压铸完成后冲头与铸件的更好分离，冲头端面上喷涂的涂料不易脱落，可生产多次后再重新喷涂，有效地缩短高真空压铸的周期，从而更高效地制造铸件，同时高温高压下，冲头端面不易出现应力集中，增加冲头的使用寿命。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种高真空压铸方法。参考图 1，对本实用新型的高真空压铸方法进行详细的描述。需要说明的是，本文中的“高真空”是指真空度达到5kPa以下。根据本实用新型的实施例，参考图1，该方法采用上述的压射装置，且包括：

S100：高真空压力铸造之前，在压射冲头2的压射端面喷涂耐高温高压的原位涂料，喷涂的原位涂料层厚度控制在0.1～0.2毫米之间；将所述压室1封闭(含分流锥4关闭+压射冲头2前进封闭压室浇注口110)，开启油性惰性气体供给装置开始工作，油性惰性气体流经所述压射活塞杆3和压射冲头2的盲孔到达密封垫圈 A7、密封垫圈B8的中部。

S200：所述压室2抽真空口120打开，开始抽真空，抽真空装置将压室内真空度可达到5kpa以下；压室内抽真空完成后，压室抽真空口120关闭，通过所述压射装置控制器9控制压射活塞杆3回推带动压射冲头2回退，开启压室浇注口110，压差作用下，金属液充入压室1。

S300：开启压室浇注口110的同时，所述压射装置控制器9控制分流锥4动作移动总行程的1/4～1/3停止，控制压射活塞杆3带动压射冲头2以0.1-0.2m/s的速度前进二次封闭压室浇注口110，保证压室1中残留气体完全跑掉，而金属液还未越过分流锥4，然后分流锥4完全打开，压射冲头2以1-2m/s的速度前进至所述压室1 端面，预设压射冲头2到达压室1端面时，冲头瞬时压力达到100～200Mpa之间，以完成压射。

根据本实用新型的实施例，该高真空压铸方法可进一步包括：

S400：铸造完成后，压射冲头2回至封口位的过程中，可以来回运行几次，可利用组合胀环A5、B6中的模具钢胀环对压室1内壁进行刮擦处理，清理残存在压室1内部的金属屑等。

实施例二。

实施例二与实施例一的区别技术特征在于：

压射冲头的压射端面设置有多个圆形同心沟槽；相邻两个圆形同心沟槽间的直径差2-10毫米；所述沟槽宽度50-500微米，沟槽深度10-100微米，增压后的铸造压力达到100-150Mpa之间。

实施例三。

实施例三与实施例一、二的区别技术特征在于：

压射冲头的压射端面设置有井字型沟槽，所述井字型沟槽相邻中心距2-10毫米；所述螺旋槽宽度100-500微米，沟槽深度10-100微米，增压后的铸造压力小于100Mpa。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于包括：压室(1)，压射冲头(2)，压射活塞杆(3)，分流锥(4)和压射装置控制器(9)；

所述压室(1)水平布置，位置固定，用于存储高温液态金属；压室(1)下方设置有浇注口(110)，浇注口(110)与升液管连通；压室(1)上方设置有抽真空口(120)，抽真空口(120)与抽真空装置连通；

所述压射冲头(2)位于压室(1)内部，压射冲头(2)的一侧与延长至压室(1)外部的压射活塞杆(3)通过螺纹连接；压射冲头(2)的另一侧设置分流锥(4)；压射活塞杆(3)的移动带动压射冲头(2)在压室(1)内部移动；

所述分流锥(4)沿压室(1)长度方向移动；当分流锥(4)向压室(1)方向移动至极限位置，分流锥(4)将压室(1)一侧封闭；当分流锥(4)向压室反方向移动，压室(1)逐渐开启；

所述压射装置控制器(9)分别与压射活塞杆(3)、分流锥(4)电相联，同时控制压射活塞杆(3)和分流锥(4)的移动；

所述压射冲头(2)外表面与压室(1)内壁缝隙设置有四级密封，从压射活塞杆一侧向分流锥一侧分别是组合胀环B(6)、耐热密封垫圈A(7)、耐热密封垫圈B(8)和组合胀环A(5)；所述组合胀环A(5)、组合胀环B(6)由铍青铜胀环(52)和模具钢胀环(51)组成。

2.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于：在压射冲头外圆柱面下侧设置有径向盲孔A(210)和径向盲孔B(220)；所述两处径向盲孔均与压射冲头(2)内部的轴向盲孔E(260)连通；轴向盲孔E(260)又与压射活塞杆(3)内部的轴向盲孔J(310)连接；轴向盲孔J(310)的末端连接油性惰性气体供给装置；

所述径向盲孔A(210)的开孔位置位于耐热密封垫圈A(7)的中部；所述径向盲孔B(220)的开孔位置位于耐热密封垫圈B(8)的中部；

所述油性惰性气体供给装置输出的是润滑油微滴与惰性气体的混合气体，其中润滑油微滴总体积占混合气体总体积不低于10％，润滑油微滴的直径5-50微米。

3.根据权利要求1或2所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于，所述压射冲头外圆柱面下侧和上侧对称设置有径向盲孔A(210)、径向盲孔B(220)、径向盲孔C(230)和径向盲孔D(240)；径向盲孔A(210)、径向盲孔B(220)均与压射冲头(2)内部的轴向盲孔E(260)连通，径向盲孔C(230)、径向盲孔D(240)均与压射冲头(2)内部的轴向盲孔F(250)连通；轴向盲孔E(260)又与压射活塞杆(3)内部的轴向盲孔J(310)连接，轴向盲孔F(250)又与压射活塞杆(3)内部的轴向盲孔H(320)连接；轴向盲孔J(310)、轴向盲孔H(320)的末端连接油性惰性气体供给装置。

4.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于：所述组合胀环A(5)和组合胀环B(6)分别安装在压射冲头两端，并且与压射冲头端面齐平；

所述耐热密封垫圈A(7)和耐热密封垫圈B(8)安装在压射冲头外圆周面的两侧，距离压射冲头端面的距离大于100mm；

所述耐热密封垫圈A(7)和耐热密封垫圈B(8)采用耐高温耐高压材料，受热后外圈半径膨胀0.1～0.3mm。

5.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于：所述压射冲头(2)的压射端面表面并非平面，端面设置有井字型沟槽；所述井字型沟槽相邻中心距2-10毫米。

6.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于：所述压射冲头(2)的压射端面表面并非平面，端面设置有多个圆形同心沟槽；相邻两个圆形同心沟槽间的直径差2-10毫米；所述沟槽宽度50-500微米，沟槽深度10-100微米，适合压室内相对中压环境，即铸造压力在100-150Mpa。

7.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于：所述压射冲头(2)的压射端面表面并非平面，端面设置有螺旋沟槽；所述螺旋沟槽相邻两个圆弧的中心距5-10毫米；所述螺旋沟槽宽度100-500微米，沟槽深度10-100微米，适合压室内高压环境，即铸造压力达到200Mpa及以上。

8.根据权利要求1所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于，所述分流锥(4)锥体截面为上窄下宽的梯形状，底角角度45-60°。

9.根据权利要求2所述的一种增压凝固的卧式高真空压力铸造压射装置，其特征在于，所述油性惰性气体中油为10W-40SAE润滑油，惰性气体为氩气。

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